WO2013062225A1 - 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법 - Google Patents

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pressure
injection
drug
automatic
pressing
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PCT/KR2012/006873
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문창수
김송림
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Mun Chang Su
Kim Song Lim
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Definitions

  • the present invention can be used to inject a variety of drugs, drugs, blood and the like in the medical or biological fields to the human body or a living body of life, in particular applied to the dental syringe (dental syringe) used in the dental field for anesthesia or drug injection
  • the present invention relates to a semi-automatic drug injector with an injection rate controlled by pressure double detection, and to a drug injection method using the same.
  • Syringes are used for injecting various drugs, drugs, blood, etc. into human or animal living bodies for the purpose of treatment in the medical field, or for the purpose of research or experiment in the biological field. It is a device used to inject medicine.
  • a syringe used in a conventional manner allows a needle placed at the front end to be inserted into a corresponding part of the living body, and then a piston located at the rear end is pressed by a user's hand to inject the drug inside the syringe into the living body.
  • the injection of the drug may be unstable due to the inability to properly control the shaking of the user or the pressing force of the piston, and the shaking of the syringe due to the shaking of the hand
  • the excessive increase of the piston pressing pressure due to a mistake of operation may cause a phenomenon in which the needle part of the syringe is damaged. In order to prevent this, there was inconvenience and hassle for the user to acquire a high degree of skill in the injection operation.
  • Korean Patent Publication No. 10-2011-0010044 electronic syringe
  • Publication No. 10- 2006-0121916 Drug injection device for tissue identification using pressure sensing
  • Publication No. 10-2003-0066727 Pen type syringe with an electronic control unit
  • the Republic of Korea Patent Publication No. 10-0737441 "electric syringe" is a lower cap 10, the lower cap 10, the lower cap 10, the through-hole 11 and the spiral portion 12 as shown in Figure 1 Is inserted into the injection needle 21 is inserted into the through hole 11, the syringe 20, the lower cap 10 is fastened to the built-in controller 31 and the battery 32 therein the motor 33
  • the nut part 35 is fixed to the drive shaft 33a, but is fastened to the central body 30 and the central body 30 in which the piston 34 is installed at the tip of the transfer rod 37 that is linearly moved therein, and the controller ( 31 is composed of a push button 41 connected to the upper body 40 and the rotary knob 42 is installed.
  • the "electric syringe" as described above controls the output of the motor 33 by operating the push button 41 and the rotary knob 42 so that the injection amount and the injection speed can be set appropriately.
  • the "electric syringe” controls the output of the motor 33 by operating the push button 41 and the rotary knob 42 so that the injection amount and the injection speed can be set appropriately.
  • the "electric syringe" can detect that the injection needle of the syringe inserted into the living body is blocked by bone tissue or the like, or the drug injected into the living body receives a reaction force of a predetermined size or more due to the resistance of the living tissue. It could not prevent the pain caused by the living tissue.
  • the present invention improves the problems of the prior art, such that the manual operation of the syringe is replaced by a semi-automatic operation by an actuator driven in conjunction with a user's pressing operation in real time, thereby stably and smoothly injecting a living body of the drug. It is an object of the present invention to provide a semi-automatic drug injection type automatic injection rate control and a drug injection method using the same type of pressure double detection.
  • the present invention is linked with the pressing pressure and the back pressure while the manual operation of the syringe is sensed in real time at the same time the back pressure generated by the resistance of the biological tissue to the injection of the drug with the pressure of the user operation button press It is an object of the present invention to provide a semi-automatic drug injector, and a method of injecting the drug using the same type of pressure double detection, in which painless injection is made by adjusting the injection rate of the drug while preventing damage to the device. do.
  • the present invention comprises: a casing having an open end into which a fluid container containing a fluid is inserted; An actuator installed inside the casing; A driving body connected to the actuator to linearly move, and a linearly distal tip portion positioned in the fluid container to allow the fluid inside the fluid container to be injected; An operation button protruding from the casing surface; A first pressure sensor connected to the operation button to sense a pressing pressure in real time; And a controller configured to receive the pressing pressure from the first pressure sensor in real time and to real-time control the operation of the actuator so that the flow rate at which the fluid is injected is adjusted in real time in conjunction with the input pressing pressure.
  • the present invention provides a semi-automatic drug injector with automatic injection speed detection by dual pressure detection.
  • the second pressure sensor for detecting in real time the back-pressure acting on the drive body in connection with the rear end of the drive body in the semi-automatic drug injector of the injection rate automatic control type by the pressure double detection according to the present invention
  • the controller receives the pressing pressure and the reverse pressure from the first pressure sensor and the second pressure sensor at the same time in real time so that the flow rate in which the fluid is injected in conjunction with the input pressing pressure and the reverse pressure is adjusted in real time The operation of the actuator will be controlled in real time.
  • the present invention is a drive body connected to the actuator operated by the operation button and controlled by the controller is a piston movement in the fluid container containing the fluid to induce the injection of the fluid and And a drug injector provided with a first pressure sensor connected to the operation button, wherein the pressure is generated in real time through the first pressure sensor and sensed by the first pressure sensor.
  • Real-time control of the operation of the actuator such that the controller calculates a flow rate proportional to the pressing pressure input in real time through a pressing motion simulation algorithm that simulates drug injection according to a user's pressing motion.
  • it provides a drug injection method using the automatic injection rate adjustable semi-automatic drug injector by pressure double detection to inject the drug semi-automatically by the user's pressing operation.
  • a semi-automatic drug injection type automatic injection rate control device and a drug injection method using the same are applied to a driving body that is semi-automatically driven by simulating a user's pressing operation while removing noise caused by hand shaking or disturbance.
  • the fluid such as drugs, drugs, etc.
  • the stability and safety of the drug bio-injection can be improved, thereby improving the reliability of medical activities.
  • the present invention can stop the operation of the drive by sensing the reverse pressure, it is possible to prevent the phenomenon causing pain in the biological tissue to which the drug is injected, while also preventing the damage to the device.
  • FIG. 1 is a view for showing the configuration of a conventional electric syringe
  • Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a semi-automatic drug injection type automatic injection rate control by pressure double detection according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view for showing the configuration and operation of the operation button and the first pressure sensor to form a semi-automatic drug injection type automatic injection rate control by the pressure double detection according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a view for showing the configuration and operation of the actuator, drive body, the second pressure sensor constituting the semi-automatic drug injector automatic injection speed adjustable by pressure double detection according to an embodiment of the present invention
  • 5 and 6 are views for showing the configuration of the drive body forming a semi-automatic drug injection type automatic injection rate control by pressure double detection according to an embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a block diagram for showing a configuration in which the injection rate automatic control semi-automatic drug injector controlled by the dual pressure detection in accordance with an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of a semi-automatic drug injection type automatic injection rate control by pressure double detection according to an embodiment of the present invention
  • 9 and 10 are views for showing the configuration and operation of the support base to which the injection rate automatic control semi-automatic drug injector fixed by the pressure double detection according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 10 exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 10.
  • the illustration and reference to the construction and operation easily understood by those skilled in the art from the general syringe, drug injector, drug autoinjector, etc. are briefly or omitted.
  • detailed descriptions and illustrations of specific technical configurations and operations of elements not directly related to technical features of the present invention are omitted, and only the technical configurations related to the present invention are briefly shown or described. It was.
  • Figure 2 is a block diagram showing the basic configuration of a semi-automatic drug injection rate control type automatic injection according to the pressure double detection according to the present invention
  • Figure 3 is a pressure double detection according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view showing the configuration and operation of the operation button and the first pressure sensor for forming a semi-automatic drug injector automatically adjustable injection speed
  • Figure 4 is a semi-automatic drug for automatically adjusting the injection speed by pressure double detection according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 and 6 is a view showing the configuration and operation of the actuator, the drive body, the second pressure sensor constituting the injector
  • Figures 5 and 6 is a semi-automatic drug injection type automatic injection rate control by pressure double detection according to an embodiment of the present invention It is a figure for showing the structure of the drive body which comprises.
  • the injection speed automatic adjustable semi-automatic drug injector 100 by the pressure double detection according to an embodiment of the present invention, the casing 10, the actuator 20, the drive body 30, the operation A button 40, a first pressure sensor 50, a second pressure sensor 60, and a controller 70 are provided.
  • the syringe 2 used as the fluid container 1 opens the casing 10. The drug inside the syringe 2 is inserted into the distal end of the syringe and injected into the living body.
  • the casing 10 forms an outer shape of the drug injector 100, and the actuator 20, the driving body 30, the operation button 40, the first pressure sensor 50, the second pressure sensor 60, and the controller It has an internal space in which components such as 70 are disposed, and the front end of the casing 10 is opened in communication with such internal space.
  • the open end of the casing 10 is inserted with a syringe 2 containing fluid.
  • the injection rate automatic control semi-automatic drug injector 100 by the pressure double detection according to an embodiment of the present invention is applied to the medical field, the syringe (2) or the drug is accommodated in the fluid container (1), Ampoules containing drugs are used.
  • the actuator 20 is installed in the casing 10.
  • a cylindrical actuator such as a pneumatic cylinder or an electric cylinder is used, or a drive motor type such as a stepping motor or a servo motor. Actuators can be used.
  • the actuator 20 includes a drive motor 21 and a drive gear 22 coupled to the motor shaft of the drive motor 21.
  • the drive motor 21 is driven while the rotational speed and torque of the motor shaft are controlled.
  • a stepping motor is used, and the speed sensing encoder 23 is coupled with the drive motor 21 for precise control of the drive motor 21.
  • the encoder 23 detects the speed (rpm) of the drive motor 21 and inputs it to the controller 70 so that the speed of the drive motor 21 can be controlled in real time.
  • the driving body 30 is linearly moved by connecting to the actuator 20.
  • the tip of the driving body 30 which is linearly moving is located inside the injection holder 2b of the syringe 2, and thus inside the injection holder 2b. Allow fluid to be injected.
  • the drive body 30 is provided with a housing 31, a driven gear 32, a moving rod 33, a piston 34, and is disposed below the actuator 20 .
  • the housing 31 has a hollow cylindrical body shape, and a straight slit 311 is formed in the longitudinal direction.
  • the driven gear 32 is engaged with the drive gear 22 of the actuator 20 to rotate.
  • the driven gear 32 has a female threaded through-hole formed at the center thereof to allow the movable rod 33 to pass therethrough. Make sure Here, the driven gear 32 is rotatably fixed to the housing 31.
  • the moving rod 33 is formed in a bar shape having a male threaded outer circumferential surface, such a moving rod 33 is engaged with the driven gear 32 through a central through hole of the driven gear 32. .
  • the driven gear 32 and the moving rod 33 form a ball screw structure.
  • the movable rod 33 allows a predetermined area of the outer circumferential surface to be externally threaded along the longitudinal direction.
  • the moving rod 33 has a distance detecting pin 331 that is inserted into the linear slit 311 of the housing 31 so as to protrude from the rear end.
  • the piston 34 is coupled to the front end of the moving rod 33, such a piston 34 may be formed integrally with the moving rod 33, may be coupled to the moving rod 33 separately. Such a piston 34 is inserted into the syringe 2 to be linearly moved.
  • the distance detecting pin 331 is to display the moving state of the piston 34 while moving integrally with the moving rod 33 in a straight slit 311, the moving distance of the piston 34 is inside the syringe (2) Since the drug is proportional to the amount injected, the amount of drug injected through the position of the distance detecting pin 331 is confirmed.
  • the operation button 40 is projected on the surface of the casing 10, and the user presses the operation button 40 when injecting the drug of the syringe 2.
  • the operation button 40 may be provided with a plurality of multi-function can be performed, the first operation button 40a may be used as a button for driving the actuator 20, the second operation button 40b is a drug It may be used as a mode selection button for selecting various functions provided by the injector 100.
  • the drug injector 100 according to the embodiment of the present invention is to be provided on the inside of the casing 10, the on-off switch 41 connected to the operation button 40, such an on-off switch 41 is operated The on-off operation is detected by detecting the pressing operation of the button 40.
  • the first pressure sensor 50 is connected to the operation button 40 to detect the pressing pressure in real time, such a first pressure sensor 50 is activated and pressed when the on (off) operation of the on-off switch 41. The pressure is sensed in real time and the detected pressure is input to the controller 70.
  • the second pressure sensor 60 is connected to the rear end of the driving body 30 to sense a back-pressure acting on the driving body 30 in real time.
  • the second pressure sensor 60 according to the embodiment of the present invention is attached to the rear end surface of the housing 31 forming the drive body 30. Accordingly, the needle 2a of the syringe 2 is blocked by bone tissue or the like, or the reverse pressure generated when the drug injected into the living body receives a reaction force of a predetermined size or more by the resistance of the living tissue is the piston 34.
  • the housing 31 when transferred to a moving rod 33 connected to the piston 34, a driven gear 32 coupled to the moving rod 33, and a housing 31 coupled to the driven gear 32.
  • the second pressure sensor 60 attached to the rear end surface of the sensor detects the reverse pressure in real time and inputs it to the controller 70 in real time.
  • first pressure sensor 50 and the second pressure sensor 60 according to an embodiment of the present invention, a film-like film sensor 50a or 60a is used.
  • the controller 70 receives the pressing pressure and the reverse pressure simultaneously from the first pressure sensor 50 and the second pressure sensor 60 in real time, and the flow rate in which the fluid is injected in conjunction with the pressing pressure and the reverse pressure input in real time. Real-time control of the operation of the actuator 20 is made to adjust this in real time.
  • the controller 70 is provided with a control drive 71 to control the drive motor 21 constituting the actuator 20, such a control drive 71 is pressed by a manual syringe A push motion simulation algorithm 711 for simulating drug injection according to the operation, and the operation of the drive motor 21 constituting the actuator 20 when the magnitude of the reverse pressure input from the second pressure sensor 60 is greater than or equal to a set threshold value.
  • the reverse pressure correspondence algorithm 712 for stopping the operation and the noise removal algorithm 713 for eliminating user's hand shake and disturbance are controlled.
  • the control drive 71 controls the driving motor 21 so that the magnitude of the pressing pressure input from the first pressure sensor 50 and the flow rate at which the fluid is injected are proportional to each other through the pressing motion simulation algorithm 711. .
  • Figure 7 is a block diagram showing a configuration in which the injection rate automatic control semi-automatic drug injector controlled by the dual pressure detection in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the drug injection method using the injection rate automatic control type semi-automatic drug injector by double pressure detection is as follows.
  • the driving body 30, which is operated by the operation button 40 and connected to the actuator 20 controlled by the controller 70, pistons inside the fluid container 1 containing the fluid to induce the injection of the fluid.
  • the drug injector 100 is provided with a first pressure sensor 50 connected with the operation button 40.
  • the user presses the operation button 40 protruding from the surface of the drug injector 100 to inject the drug, and thus presses the pressing pressure generated from the operation button pressing operation performed by the user.
  • the sensor 50 detects in real time and inputs it in real time to the controller 70.
  • the operation of pressing the operation button 40 and the injection of the drug is made at the same time as in the manual syringe. That is, the injection of the drug is made only while the operation button 40 is pressed, and when the user releases the operation button 40, the injection of the drug is stopped.
  • the automatic mode is selected by the operation button 40b used as the mode selection button, the injection of the drug may be automatically performed in one operation button pressing operation.
  • the second pressure sensor 60 for detecting in real time the back-pressure acting on the drive body 30 is connected to the rear end of the drive body 30, the controller 70 is provided with a first pressure
  • the pressing pressure and the reverse pressure are simultaneously input from the sensor 50 and the second pressure sensor 60 in real time.
  • the controller 70 calculates in real time a flow rate proportional to the pressing pressure input in real time through a pressing motion simulation algorithm 711 that simulates drug injection according to a user's pressing motion, and the actuator so that the calculated flow rate is scanned.
  • Real-time control of the operation of the drive motor 21 constituting (20) is made.
  • the controller 70 analyzes the pressing pressure input in real time through the noise removing algorithm 713 to remove the pressing pressure fluctuation or the pressing pressure fluctuation due to the disturbance of the user by shaking the user's hand, and then the pressing motion simulation algorithm.
  • an injection flow rate proportional to the pressing pressure is calculated.
  • the controller 70 calculates the drive motor speed so that the calculated scanning flow rate is injected into the living body, and then the drive motor 21 is operated at the speed calculated by controlling the drive motor 21 through the control drive 71. To be driven.
  • the controller 70 controls the operation of the drive motor 21 to scan the flow rate proportional to the pressing pressure input in real time when the reverse pressure input in real time through the reverse pressure response algorithm 712 is less than the set threshold value.
  • the operation of the driving motor 21 is stopped. As a result, pain may be prevented from occurring in the living tissue due to the blockage of the syringe 2 or the resistance of the living tissue in the process of injecting the drug into the living body.
  • the injection rate automatic control type semi-automatic drug injector and the drug injection method using the same according to the pressure double detection of the present invention is carried out semi-automatically by the user's pressing operation, the noise caused by hand shaking or disturbance is removed As the user's pressing operation is simulated, the stability and safety of the drug bio-injection is improved, and the operation of the syringe can be easily and easily performed without a high level of skill, and the driving body 30 is detected through the detection of the reverse pressure. ) Can be stopped, thereby preventing pain from causing tissue to be injected, while preventing damage to the device.
  • the injection rate automatic adjustable semi-automatic drug injector 100 according to the pressure double detection of the present invention is effectively applied to a dental syringe used in the dental field for anesthesia or drug injection so that painless injection can be made. do.
  • Figure 8 is an exploded perspective view of a semi-automatic drug injection type automatic injection rate control by pressure double detection according to an embodiment of the present invention.
  • the injection speed automatic semi-automatic drug injector 100 according to pressure double sensing according to an embodiment of the present invention has a casing 10 having a pen shape, and is provided at the rear end of the casing 10.
  • the rechargeable battery 90 is detachably mounted to supply power to the actuator 20, the first pressure sensor 50, the second pressure sensor 60, the controller 70, the speaker 81, and the like.
  • the syringe 2 composed of the needle 2a and the injection holder 2b is inserted into the open end of the casing 10 to a predetermined depth, and then the rear end of the injection holder 2b is inserted into a locking groove formed in the casing 10.
  • the elastic protrusion formed on the hook is fixed to the casing 10.
  • the drive motor 21, the drive gear 22, and the speed sensing encoder 23 constituting the actuator 20 are integrally coupled to each other and fixed to the inner covers 12 and 13 inside the casing 10.
  • the housing 31 and the driven gear 32 which make up 30 are also fixed to the inner covers 12 and 13.
  • the piston 34 constituting the drive body 30 protrudes from the inner covers 12 and 13 and is inserted into the injection liquid holder 2b.
  • the on-off switch 41 which detects pressing operation of the operation button 40 and is on-off is installed under the first pressure sensor 50, and the first pressure sensor 50 is operated inside the casing 10. It is installed under the button 40.
  • the second pressure sensor 60 is accurately fixed between the rear end surface of the housing 31 constituting the driving body 30 and the inner rear end of the inner cover 12 and 13 to accurately detect the reverse pressure.
  • the controller 70 is made of a flexible PCB (a PCB) 70a so as to be bent to correspond to a narrow width of the casing 10 having a pen shape, and has an LCD screen window 80 for the injection of drugs. Various information such as the amount and the injection pressure of the drug can be displayed.
  • a speaker 81 disposed at the rear end of the inner covers 12, 13, and 14 is connected to the controller 70 so that various information can be provided by voice. Through such a speaker 81, when it is difficult to grasp the information of the LCD screen 80 by an external light source such as sunlight or sunlight, it is possible to receive a variety of information usefully.
  • 9 and 10 are views for showing the configuration and operation of the support base to which the injection rate automatic control semi-automatic drug injector fixed by the pressure double detection according to an embodiment of the present invention.
  • the injection rate automatic control semi-automatic drug injector 100 by the pressure double detection is an accommodation space in which the fluid container 1 such as the ampoule 2 is accommodated ( 211 is formed and the bottom surface 210 is opened and the top surface is hinged, and the bottom body 210 is hinged to open and close the open top surface of the bottom body 210 and the fitting groove 221 is inclined to the upper surface It is formed to have a support base 200 made of a lid 220, the casing 10 is fixed inclined so that the drug injector 100 can be held in a more stable position and the operation for injecting the drug can be performed Can be.
  • Semi-automatic drug injection type automatic injection rate adjustable by pressure double detection is provided with a casing, an actuator, a driving body, an operation button, a first pressure sensor, a second pressure sensor, a controller.
  • the casing has an open end into which a fluid container containing fluid is inserted, and an actuator is installed inside the casing.
  • the driving body is linearly moved in connection with the actuator, and the tip of the linear moving body is positioned inside the fluid container to allow the fluid inside the fluid container to be injected.
  • the operation button is protruded from the casing surface, the first pressure sensor is connected to the operation button to detect the pressing pressure in real time, and the second pressure sensor is connected to the rear end of the driving body to act as a reverse pressure ( back-pressure is detected in real time.
  • the controller receives the pressing pressure and the reverse pressure from the first pressure sensor and the second pressure sensor at the same time in real time, and controls the operation of the actuator in real time so that the flow rate of the fluid injected in real time is linked with the input pressing pressure and the reverse pressure. (real-time control).
  • the semi-automatic drug injection type automatic injection rate control by pressure double detection is further provided with an on-off switch connected to the operation button, the on-off operation by detecting the pressing operation of the operation button,
  • the first pressure sensor is activated according to an on operation of the on / off switch.
  • the controller is provided with a control drive controlled by a push motion simulation algorithm for simulating drug injection according to the pressing motion of the manual syringe,
  • the control drive controls the actuator such that the magnitude of the pressing pressure input from the first pressure sensor and the flow rate at which the fluid is injected are proportional to each other.
  • control drive of the controller is controlled by a noise removal algorithm to remove the user's hand shake or disturbance.
  • control drive is to reverse the operation of the actuator when the magnitude of the reverse pressure input from the second pressure sensor is greater than the set threshold value
  • the pressure response algorithm is linked with the push motion simulation algorithm.
  • the first pressure sensor and the second pressure sensor in the automatic injection rate semi-automatic drug injector according to the pressure double detection according to the present invention is made of a film sensor of the film (film) shape.
  • the actuator is a drive motor driven while the rotational speed, torque of the motor shaft is controlled;
  • a housing including a drive gear coupled to the motor shaft of the drive motor, wherein the drive body has a hollow cylindrical shape and has a straight slit in the longitudinal direction;
  • a driven gear that meshes with the drive gear and rotates, the through-hole having a female thread formed therein;
  • a moving rod having an outer circumferential surface threaded through the through hole of the driven gear, and engaged with the driven gear, and having a distance sensing pin protruding from the linear slit of the housing;
  • Including a piston coupled to the front end of the moving rod is inserted into the fluid container, the linear movement of the piston in the longitudinal direction is induced by the drive of the drive motor, the movement state of the piston is displayed by the distance detecting pin Be sure to
  • the semi-automatic drug injection type automatic injection speed control type is formed a receiving space for receiving the fluid container, the top surface is open;
  • the support base may be further hinged to the bottom to open and close the open top surface of the bottom body, and the support base may be formed with a fitting groove formed to be inclined on the top surface to cover the casing.
  • Drug injection method using a semi-automatic injection type automatic injection type injection speed by the pressure double detection according to the present invention is configured as described above through the first pressure sensor pressing pressure generated from the operation button pressing operation performed by the user Detecting in real time and inputting to the controller in real time, the controller calculates in real time the flow rate proportional to the pressing pressure input in real time through the push motion simulation algorithm that simulates the injection of the drug according to the user's pressing motion. Real-time control of the actuation of the actuator to be injected allows the injection of the drug to be performed semi-automatically by the user's push.
  • the controller analyzes the pressing pressure input in real time through a noise removing algorithm and presses the pressure by hand shaking. Ensure that the pressure drop caused by fluctuations or disturbances is eliminated.
  • the controller receives the pressing pressure and the reverse pressure from the first pressure sensor and the second pressure sensor at the same time in real time, when the reverse pressure input in real time is less than the set threshold value in real time
  • the operation of the actuator is controlled such that a flow rate proportional to the input pressure is injected, and the operation of the actuator is stopped when the reverse pressure input in real time exceeds a set threshold.
  • the injection rate automatic control type semi-automatic drug injector and the drug injection method using the same can easily and easily perform the syringe operation.
  • the present invention is applied to the dental syringe (dental syringe) used in the dental field for anesthesia or drug injection so that painless injection can be made.

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Abstract

본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법은 의약분야에서 각종 약물을 생체에 주입하기 위해 사용되는 주사기의 수동조작이 사용자의 누름동작과 실시간으로 연동되어 구동되는 액추에이터에 의한 반자동 조작으로 대체되도록 하여 약물의 생체 주입이 안정되고 원활하게 수행될 수 있고, 사용자의 조작버튼 누름 압력과 함께 약물의 주입에 대한 생체 조직의 저항으로 발생되는 역압력(back pressure)이 동시에 실시간으로 센싱되면서 누름 압력과 역압력과 연동되어 약물의 주사속도가 조절되도록 하여 무통 주사가 이루어지는 한편, 기기의 손상도 방지되는 특징이 있다. 이를 위하여 본 발명은 유체가 수용된 유체용기가 삽입되는 개방된 단부를 갖는 케이싱과; 케이싱 내부에 설치되는 액추에이터와; 액추에이터와 접속하여 직선이동하고, 직선이동하는 선단부가 유체용기 내부에 위치되어 유체용기 내부의 유체가 주사되도록 하는 구동체와; 케이싱 표면에 돌출형성되는 조작버튼과; 조작버튼과 접속하여 누름 압력을 감지하는 제1압력센서와; 구동체 후단부와 접속하여 구동체에 작용하는 역압력(back-pressure)을 감지하는 제2압력센서 및; 제1압력센서와 제2압력센서로부터 누름 압력과 역압력을 입력받고, 입력된 누름 압력과 역압력에 따라 액추에이터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법
본 발명은 의약분야나 생물학 분야에서 각종 약물, 약품, 혈액 등을 인체나 생명체의 생체에 주입하기 위해 사용될 수 있고, 특히 마취나 약물주입을 위해 치과 분야에서 사용되는 덴탈 시린지(dental syringe)에 적용되어 무통 주사가 이루어질 수 있도록 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법에 관한 것이다.
주사기(syringe)는 의약분야에서 치료를 목적으로 각종 약물, 약품, 혈액 등을 사람이나 동물의 생체에 주입하기 위해 사용하거나, 생물학 분야에서 연구나 실험을 목적으로 인체나 생명체의 생체에 각종 약물이나 약품 등을 주입하기 위해 사용되는 기구이다.
여기서, 통상적으로 이용되는 주사기는 선단에 위치한 니들(needle)이 생체의 해당 부위에 삽입된 후, 후단에 위치한 피스톤이 사용자의 손으로 눌러지면서 주사기 내부의 약물이 생체 내부로 주입되도록 한다.
그런데, 약물의 주입이 사용자가 피스톤을 직접 손으로 누르는 동작에 의해 이루어짐에 따라, 사용자의 손 떨림이나 피스톤을 누르는 힘을 제대로 조절하지 못하여 약물의 주입이 불안정해지고, 손 떨림에 의한 주사기의 흔들림이나 조작실수에 의한 피스톤 누름 압력의 과도한 증대 등으로 주사기의 니들이 삽입된 생체 부위가 손상되는 현상이 발생될 여지가 있었다. 이를 방지하기 위해서는 사용자가 주사 동작에 대한 고도의 숙련도를 획득해야 하는 불편함과 번거로움이 있었다.
한편, 생체 내부로 삽입된 주사기의 니들이 골 조직 등에 의해 폐색되거나, 생체 내부로 주입되는 약물이 생체 조직의 저항에 의해 일정크기 이상의 반작용력을 받는 과정에서 계속적인 주사기의 누름동작이 수행될 경우, 해당 생체 조직에 통증이 발생하게 된다. 또한, 사용자가 순간적으로 피스톤을 과도하게 눌러 약물의 주입속도가 갑자기 증대될 경우에도 생체 조직에 통증이 발생될 수 있다.
특히, 인체 중에서도 단단한 조직으로 이루어진 치아 조직과 구강 조직을 다루는 치과 분야에서는 마취나 약물주입을 위한 덴탈 시린지(dental syringe)의 사용과정에서 낮은 숙련도나 각종 돌발 변수에 의해 생체의 통증이 유발되는 경우가 많았다.
따라서, 이를 개선하여 약물이 생체 주입이 자동으로 이루어질 수 있도록 하는 주사기가 개발되고 있는데, 이와 관련한 기술로는 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0010044호 "전자식 주사기", 공개번호 제10-2006-0121916호 "압력 감지를 이용한 조직 식별용 약물 주입 장치", 공개번호 제10-2003-0066727호 "전자 제어 유니트를 갖는 펜형 주사기" 등이 안출되어 있다.
한편, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0737441호 "전동 주사기"는 도 1에서와 같이 통공(11)과 나선부(12)를 형성한 하부캡(10), 하부캡(10)의 내부에 삽입되어 주사 바늘(21)이 통공(11)에 삽입되도록 하는 실린지(20), 하부캡(10)에 체결되며 내부에 컨트롤러(31)와 배터리(32)를 내장하고 모우터(33)의 구동축(33a)에 너트부(35)를 고정하되 이의 내부에 직선 이동되는 이송 로드(37)의 선단에 피스톤(34)을 설치한 중앙 몸체(30), 중앙 몸체(30)에 체결되고 컨트롤러(31)에 연결되는 누름 버튼(41)과 회전노브(42)를 설치한 상부 몸체(40)로 구성된다.
이와 같은 상기 "전동 주사기"는 누름 버튼(41)과 회전노브(42)를 조작하여 모우터(33) 출력을 조절함으로써 주사량과 주사 속도가 적절하게 설정될 수 있도록 하는데, 버튼 조작에 따라 약액이 설정된 상태로 자동 주사되는 것임에 따라 약물이 주입되는 생체 조직의 특성이나 약물 주입 과정에서 발생되는 생체 변화나 돌발 변수에 적절하게 실시간으로 대응할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 상기 "전동 주사기"는 생체 내부로 삽입된 주사기의 주사 바늘이 골 조직 등에 의해 폐색되거나, 생체 내부로 주입되는 약물이 생체 조직의 저항에 의해 일정크기 이상의 반작용력을 받게 되는 것을 검출할 수 없어 해당 생체조직에 통증이 유발되는 것을 막을 수 없었다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 사용자의 누름동작과 실시간으로 연동되어 구동되는 액추에이터에 의한 반자동 조작으로 주사기의 수동조작이 대체되도록 하여 약물의 생체 주입이 안정되고 원활하게 수행될 수 있는 새로운 형태의 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 주사기의 수동조작이 사용자의 조작버튼 누름 압력과 함께 약물의 주입에 대한 생체 조직의 저항으로 발생되는 역압력(back pressure)이 동시에 실시간으로 센싱되면서 누름 압력과 역압력과 연동되어 약물의 주사속도가 조절되도록 하여 무통 주사가 이루어지는 한편, 기기의 손상도 방지될 수 있는 새로운 형태의 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 유체가 수용된 유체용기가 삽입되는 개방된 단부를 갖는 케이싱과; 상기 케이싱 내부에 설치되는 액추에이터와; 상기 액추에이터와 접속하여 직선이동하고, 직선이동하는 선단부가 상기 유체용기 내부에 위치되어 상기 유체용기 내부의 유체가 주사되도록 하는 구동체와; 상기 케이싱 표면에 돌출형성되는 조작버튼과; 상기 조작버튼과 접속하여 누름 압력을 실시간으로 감지하는 제1압력센서 및; 상기 제1압력센서로부터 누름 압력을 실시간으로 입력받고, 입력된 누름 압력에 연동되어 유체가 주사되는 유량이 실시간으로 조절되도록 상기 액추에이터의 작동을 실시간 제어(real-time control)하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 구동체 후단부와 접속하여 상기 구동체에 작용하는 역압력(back-pressure)을 실시간으로 감지하는 제2압력센서를 더 구비하여, 상기 컨트롤러는 상기 제1압력센서와 제2압력센서로부터 누름 압력과 역압력을 동시에 실시간으로 입력받아 입력된 누름 압력과 역압력에 연동되어 유체가 주사되는 유량이 실시간으로 조절되도록 상기 액추에이터의 작동을 실시간 제어하게 된다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 조작버튼에 의해 조작되고 컨트롤러에 의해 제어되는 액추에이터와 연결된 구동체가 유체가 수용된 유체용기 내부에서 피스톤 운동하여 유체의 주사를 유도하고, 상기 조작버튼과 접속하는 제1압력센서가 설치되는 약물 주입기를 구비하되, 사용자에 의해 수행되는 상기 조작버튼 누름동작으로부터 발생되는 누름 압력을 상기 제1압력센서를 통해 실시간으로 감지하여 상기 컨트롤러로 실시간으로 입력하는 단계와; 상기 컨트롤러가 사용자의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량을 실시간으로 산출하여 산출된 유량이 주사되도록 상기 액추에이터의 작동을 실시간 제어(real-time control)하는 단계를 포함하여, 사용자의 누름동작에 의해 약물의 주사가 반자동으로 수행되도록 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법을 제공한다.
본 발명에 의한 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법에 의하면, 손 떨림이나 외란에 의한 노이즈가 제거되면서 사용자의 누름동작을 모사하여 반자동으로 구동되는 구동체에 의해 약물, 약품 등의 유체가 주사되도록 함에 따라, 약물 생체 주입의 안정성과 안전성이 향상될 수 있어 의료 행위의 신뢰성이 도모되는 효과가 있다. 특히, 본 발명은 역압력을 감지하여 구동체의 작동이 정지될 수 있음에 따라, 약물이 주사되는 생체 조직에 통증이 유발되는 현상을 막을 수 있는 한편, 기기의 손상도 방지되는 효과가 있다.
도 1은 종래 전동 주사기의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기의 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 조작버튼과 제1압력센서의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 액추에이터, 구동체, 제2압력센서의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면;
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 구동체의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기가 제어되는 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기의 분해 사시도;
도 9와 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기가 고정되는 지지 베이스의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 10에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 주사기, 약물 주입기, 약물 자동주입기 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
도 2는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기의 기본 구성을 보여주기 위한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 조작버튼과 제1압력센서의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 액추에이터, 구동체, 제2압력센서의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면이고, 도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 구동체의 구성을 보여주기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기(100)는 케이싱(10), 액추에이터(20), 구동체(30), 조작버튼(40), 제1압력센서(50), 제2압력센서(60), 컨트롤러(70)를 구비하여 이루어지는 것으로, 유체용기(1)로 사용되는 주사기(2)를 케이싱(10)의 개방된 선단부에 끼워 주사기(2) 내부의 약물을 생체에 주사하게 된다.
케이싱(10)은 약물 주입기(100)의 외형을 이루는 것으로, 액추에이터(20), 구동체(30), 조작버튼(40), 제1압력센서(50), 제2압력센서(60), 컨트롤러(70)와 같은 구성요소가 배치되는 내부공간을 갖고, 케이싱(10)의 선단부는 이와 같은 내부공간과 연통되어 개방된다. 케이싱(10)의 개방된 선단부에는 유체가 수용된 주사기(2)가 삽입된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기(100)는 의약분야에 적용되는 것으로서, 유체용기(1)로 약물이 수용되어 있는 주사기(2)나, 약물이 내장되어 있는 앰플이 사용된다.
액추에이터(20)는 케이싱(10) 내부에 설치되는 것으로, 이와 같은 액추에이터(20)로는 공압 실린더, 전동 실린더 등의 실린더형 액추에이터가 사용되거나, 스테핑 모터(stepping motor), 서보 모터 등의 구동모터형 액추에이터가 사용될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(20)는 구동모터(21)와, 구동모터(21)의 모터축에 결합되는 구동 기어(22)를 포함하여 이루어진다.
구동모터(21)는 모터축의 회전속도, 토크가 제어되면서 구동되는 것으로, 스테핑 모터가 사용되고, 구동모터(21)의 정밀한 제어를 위해 속도감지용 엔코더(23)가 구동모터(21)와 결합된다. 여기서, 엔코더(23)는 구동모터(21)의 속도(rpm)를 감지하여 컨트롤러(70)로 입력함으로써 구동모터(21)의 속도가 실시간으로 제어될 수 있도록 한다.
구동체(30)는 액추에이터(20)와 접속하여 직선이동하는 것으로, 직선이동하는 구동체(30)의 선단부가 주사기(2)의 주사액홀더(2b) 내부에 위치되어 주사액홀더(2b) 내부의 유체가 주사되도록 한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 구동체(30)는 하우징(31), 종동 기어(32), 이동 로드(33), 피스톤(34)을 구비하여 이루어지고, 액추에이터(20) 하부에 배치된다.
하우징(31)은 중공형 원통체 형상으로 이루어지는 것으로, 길이방향으로 직선형 슬릿(311)이 형성되어 있다.
종동 기어(32)는 액추에이터(20)의 구동 기어(22)와 맞물리며 회전하게 되는 것으로, 이와 같은 종동 기어(32)는 암나사가공된 관통홀이 중앙부에 형성되어 이동 로드(33)가 관통될 수 있도록 한다. 여기서, 종동 기어(32)는 하우징(31)에 회전가능하게 고정된다.
이동 로드(33)는 수나사가공된 외주면을 갖는 바(bar) 형상으로 이루어지는 것으로, 이와 같은 이동 로드(33)는 종동 기어(32)의 중앙부 관통홀을 관통하여 종동 기어(32)와 물림 결합된다. 이로써, 종동 기어(32)와 이동 로드(33)는 볼 스크류 구조를 이루게 된다. 여기서, 이동 로드(33)는 길이방향을 따라 외주면의 일정 영역이 수나사가공되도록 한다. 한편, 이동 로드(33)는 하우징(31)의 직선형 슬릿(311)에 이동가능하게 끼워지는 거리감지용 핀(331)이 후단부에 돌출형성된다.
피스톤(34)은 이동 로드(33)의 선단에 결합되는 것으로, 이와 같은 피스톤(34)은 이동 로드(33)와 일체로 형성될 수도 있고, 이동 로드(33)와 분리되어 결합될 수도 있다. 이와 같은 피스톤(34)은 주사기(2) 내부로 삽입되어 직선이동하게 된다.
상기와 같이 구성되는 구동체(30)는 이동 로드(33)의 거리감지용 핀(331)이 하우징(31)의 직선형 슬릿(311)에 끼워지면서 회전이 제한되므로, 구동모터(21)의 구동 시 구동 기어(22)와 종동 기어(32)의 회전에 따라 이동 로드(33)가 길이방향으로 직선이동하게 되고, 이로써 이동 로드(33) 선단의 피스톤(34)이 길이방향으로 직선이동하면서 피스톤운동하여 주사기(2) 내부에 약물을 외부로 주사하게 된다.
여기서, 거리감지용 핀(331)은 직선형 슬릿(311)을 타고 이동 로드(33)와 일체로 이동하면서 피스톤(34)의 이동상태를 표시하게 되는데, 피스톤(34)의 이동거리는 주사기(2) 내부의 약물이 주사되는 양과 비례하므로, 거리감지용 핀(331)의 위치를 통해 약물이 주사된 양을 확인하게 된다.
조작버튼(40)은 케이싱(10) 표면에 돌출형성되는 것으로, 사용자는 주사기(2)의 약물을 주사할 시 조작버튼(40)을 누르게 된다. 여기서, 조작버튼(40)은 다수개가 구비되어 다기능이 수행될 수 있는데, 제1조작버튼(40a)은 액추에이터(20)를 구동시키기 위한 버튼으로 사용될 수 있고, 제2조작버튼(40b)은 약물 주입기(100)에서 제공하는 각종 기능을 선택하는 모드 선택 버튼으로 사용될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 약물 주입기(100)는 조작버튼(40)과 접속하는 온오프 스위치(41)가 케이싱(10) 내부에 구비되도록 하는데, 이와 같은 온오프 스위치(41)는 조작버튼(40)의 누름동작을 검출하여 온-오프 동작하게 된다.
제1압력센서(50)는 조작버튼(40)과 접속하여 누름 압력을 실시간으로 감지하는데, 이와 같은 제1압력센서(50)는 온오프 스위치(41)의 온(on) 동작 시 활성화되어 누름 압력을 실시간으로 감지하고 감지된 누름 압력을 컨트롤러(70)로 입력하게 된다.
제2압력센서(60)는 구동체(30)의 후단부와 접속하여 구동체(30)에 작용하는 역압력(back-pressure)을 실시간으로 감지하는 것이다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 제2압력센서(60)는 구동체(30)를 이루는 하우징(31)의 후단면에 부착된다. 이에 따라, 주사기(2)의 니들(2a)이 골 조직 등에 의해 폐색되거나, 생체 내부로 주입되는 약물이 생체 조직의 저항에 의해 일정크기 이상의 반작용력을 받게 되면서 발생되는 역압력이 피스톤(34)에 작용하여 피스톤(34)과 연결된 이동 로드(33)와, 이동 로드(33)와 결합된 종동 기어(32) 및, 종동 기어(32)와 결합된 하우징(31)으로 전달될 시 하우징(31)의 후단면에 부착된 제2압력센서(60)가 역압력을 실시간으로 감지하여 이를 컨트롤러(70)에 실시간으로 입력하게 된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 제1압력센서(50)와 제2압력센서(60)로는 필름(film) 형상의 필름센서(50a)(60a)가 사용된다.
컨트롤러(70)는 제1압력센서(50)와 제2압력센서(60)로부터 누름 압력과 역압력을 동시에 실시간으로 입력받고, 실시간으로 입력된 누름 압력과 역압력에 연동되어 유체가 주사되는 유량이 실시간으로 조절되도록 액추에이터(20)의 작동을 실시간 제어(real-time control)하게 된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(70)는 제어 드라이브(71)를 구비하여 액추에이터(20)를 이루는 구동모터(21)를 제어하게 되는데, 이와 같은 제어 드라이브(71)는 수동 주사기의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘(711)과, 제2압력센서(60)로부터 입력되는 역압력의 크기가 설정된 임계값 이상일 때 액추에이터(20)를 이루는 구동모터(21)의 작동을 정지시키는 역압력 대응 알고리즘(712) 및, 사용자의 손 떨림이나 외란이 제거되도록 하는 노이즈 제거 알고리즘(713)에 의해 제어된다. 여기서, 제어 드라이브(71)는 누름동작 모사 알고리즘(711)을 통해 제1압력센서(50)로부터 입력되는 누름 압력의 크기와 유체가 주사되는 유량이 서로 비례하도록 구동모터(21)를 제어하게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기가 제어되는 구성을 보여주기 위한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법은 다음과 같다.
먼저, 조작버튼(40)에 의해 조작되고 컨트롤러(70)에 의해 제어되는 액추에이터(20)와 연결된 구동체(30)가 유체가 수용된 유체용기(1) 내부에서 피스톤 운동하여 유체의 주사를 유도하고, 조작버튼(40)과 접속하는 제1압력센서(50)가 설치되는 약물 주입기(100)를 구비한다.
다음으로, 사용자는 약물 주입기(100)의 표면에 돌출형성된 조작버튼(40)을 눌러 약물의 주입이 이루어지도록 하는데, 이와 같이 사용자에 의해 수행되는 조작버튼 누름동작으로부터 발생되는 누름 압력을 제1압력센서(50)를 통해 실시간으로 감지하여 컨트롤러(70)로 실시간으로 입력하게 된다. 여기서, 조작버튼(40)을 누르는 동작과 약물의 주입은 수동 주사기에서와 같이 동시적으로 이루어지게 된다. 즉, 조작버튼(40)을 누르고 있는 상태에서만 약물의 주입이 이루어지고, 사용자가 조작버튼(40)에서 손을 떼게 되면 약물의 주입이 멈추도록 한다. 물론, 모드 선택 버튼으로 사용되는 조작버튼(40b)에 의해 자동모드가 선택되면, 1회의 조작버튼 누름동작으로 약물의 주입이 자동으로 수행되도록 할수도 있다.
한편, 구동체(30) 후단부와 접속하여 구동체(30)에 작용하는 역압력(back-pressure)을 실시간으로 감지하는 제2압력센서(60)가 구비되어 컨트롤러(70)는 제1압력센서(50)와 제2압력센서(60)로부터 누름 압력과 역압력을 동시에 실시간으로 입력받게 된다.
그리고, 컨트롤러(70)는 사용자의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘(711)을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량을 실시간으로 산출하여, 산출된 유량이 주사되도록 액추에이터(20)를 이루는 구동모터(21)의 작동을 실시간 제어(real-time control)하게 된다. 여기서, 컨트롤러(70)는 노이즈 제거 알고리즘(713)을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력을 분석하여 사용자의 손 떨림에 의해 누름 압력 변동이나 외란에 의한 누름 압력 변동이 제거되도록 한 후, 누름동작 모사 알고리즘(711)을 통해 누름 압력에 비례하는 주사 유량이 산출되도록 한다. 그리고, 컨트롤러(70)는 산출된 주사 유량이 생체에 주입되도록 하는 구동모터 속도를 산출한 후, 제어 드라이브(71)를 통해 구동모터(21)를 제어함으로써 산출된 속도로 구동모터(21)가 구동되도록 한다.
한편, 컨트롤러(70)는 역압력 대응 알고리즘(712)을 통해 실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값 이하일 때에는 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량이 주사되도록 구동모터(21)의 작동을 제어하고, 실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값을 초과할 때에는 구동모터(21)의 작동을 정지시키게 된다. 이로써 약물이 생체로 주입되는 과정에서 주사기(2)의 폐색이나 생체 조직의 저항에 의해 생체 조직에 통증이 발생되는 것이 방지될 수 있게 된다.
상기와 같이 본 발명의 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법은 사용자의 누름동작에 의해 약물의 주사가 반자동으로 수행되되, 손 떨림이나 외란에 의한 노이즈가 제거되면서 사용자의 누름동작이 모사됨에 따라, 약물 생체 주입의 안정성과 안전성이 향상되고,주사기 조작이 고도의 숙련도 없이도 간편하고 용이하게 수행될 수 있게 될 뿐만 아니라, 역압력의 감지를 통해 구동체(30)의 작동이 정지될 수 있음에 따라, 약물이 주사되는 생체 조직에 통증이 유발되는 현상을 막을 수 있는 한편, 기기의 손상도 방지되게 된다.
이에 따라, 본 발명의 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기(100)는 마취나 약물주입을 위해 치과 분야에서 사용되는 덴탈 시린지(dental syringe)에 효과적으로 적용되어 무통 주사가 이루어질 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기의 분해 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기(100)는 펜 형상으로 이루어진 케이싱(10)을 가지는데, 케이싱(10)의 후단부에 충전 배터리(90)가 착탈가능하게 장착되어 액추에이터(20), 제1압력센서(50), 제2압력센서(60), 컨트롤러(70), 스피커(81) 등에 전원이 공급될 수 있도록 한다.
니들(2a)과 주사액홀더(2b)로 이루어진 주사기(2)는 케이싱(10)의 개방된 선단부에 일정깊이로 삽입된 후, 케이싱(10) 내부에 형성된 걸림홈에 주사액홀더(2b) 후단부에 형성된 탄성돌기가 걸리면서 케이싱(10)에 고정되도록 한다.
액추에이터(20)를 이루는 구동모터(21), 구동 기어(22), 속도감지용 엔코더(23)는 서로 일체로 결합되어 케이싱(10) 내부의 내부 커버(12)(13)에 고정되고, 구동체(30)를 이루는 하우징(31), 종동 기어(32)도 내부 커버(12)(13)에 고정된다. 구동체(30)를 이루는 피스톤(34)은 내부 커버(12)(13)로부터 돌출되어 주사액홀더(2b)의 내부로 삽입된다. 조작버튼(40)의 누름동작을 검출하여 온-오프 동작하는 온오프 스위치(41)는 제1압력센서(50) 하부에 설치되고, 제1압력센서(50)는 케이싱(10) 내부에서 조작버튼(40) 하부에 설치된다.
제2압력센서(60)는 구동체(30)를 이루는 하우징(31)의 후단면과 내부 커버(12)(13)의 내부 후단부 사이에서 밀착고정됨으로써 역압력을 정확하게 감지하게 된다.
컨트롤러(70)는 펜 형상으로 이루어지는 케이싱(10)의 좁은 폭에 대응하여 절곡 배치될 수 있도록 플렉시블 PCB(flexible PCB)(70a)로 이루어지고, LCD 화면창(80)을 구비하여 주사되는 약물의 양이나 약물의 주사 압력 등의 각종 정보가 표시될 수 있도록 한다. 이와 더불어 내부 커버(12)(13)(14)의 후단부에 배치되어 컨트롤러(70)와 연결되는 스피커(81)를 구비하여 음성으로도 각종 정보가 제공될 수 있도록 한다. 이와 같은 스피커(81)를 통해 햇빛이나 태양광 등의 외부 광원에 의해 LCD 화면창(80)의 정보를 파악하기 어려울 시 유용하게 각종 정보를 제공받을 수 있게 된다.
도 9와 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기가 고정되는 지지 베이스의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면이다.
도 9와 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기(100)는 앰플(2)과 같은 유체용기(1)가 수용되는 수용공간(211)이 형성되고 상부면이 개방된 바닥체(210)와, 바닥체(210)와 힌지결합되어 바닥체(210)의 개방된 상부면을 개폐시키게 되고 끼움홈(221)이 상부 표면에 경사지게 형성되어 케이싱(10)이 경사지게 고정되는 덮개(220)로 이루어진 지지 베이스(200)를 구비하여 약물 주입기(100)가 보다 안정되게 정위치를 유지하며 약물을 주사하기 위한 조작이 수행될 수 있도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기는 케이싱, 액추에이터, 구동체, 조작버튼, 제1압력센서, 제2압력센서, 컨트롤러를 구비하여 이루어진다.
케이싱은 유체가 수용된 유체용기가 삽입되는 개방된 단부를 갖고, 액추에이터는 케이싱 내부에 설치된다.
구동체는 액추에이터와 접속하여 직선이동하고, 직선이동하는 선단부가 유체용기 내부에 위치되어 유체용기 내부의 유체가 주사되도록 한다. 조작버튼은 케이싱 표면에 돌출형성되는 것이고, 제1압력센서는 조작버튼과 접속하여 누름 압력을 실시간으로 감지하는 것이며, 제2압력센서는 구동체 후단부와 접속하여 구동체에 작용하는 역압력(back-pressure)을 실시간으로 감지하는 것이다.
컨트롤러는 제1압력센서와 제2압력센서로부터 누름 압력과 역압력을 동시에 실시간으로 입력받고, 입력된 누름 압력과 역압력에 연동되어 유체가 주사되는 유량이 실시간으로 조절되도록 액추에이터의 작동을 실시간 제어(real-time control)한다.
이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기는 상기 조작버튼과 접속하고, 상기 조작버튼의 누름동작을 검출하여 온-오프 동작하는 온오프 스위치를 더 구비하여, 상기 제1압력센서는 상기 온오프 스위치의 온(on) 동작에 따라 활성화되도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 컨트롤러는 수동 주사기의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘에 의해 제어되는 제어 드라이브를 구비하고, 상기 제어 드라이브는 상기 제1압력센서로부터 입력되는 누름 압력의 크기와 유체가 주사되는 유량이 서로 비례하도록 상기 액추에이터를 제어하게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 컨트롤러의 제어 드라이브는 사용자의 손 떨림이나 외란이 제거되도록 하는 노이즈 제거 알고리즘에 의해 제어된다.
이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 제어 드라이브는 상기 제2압력센서로부터 입력되는 역압력의 크기가 설정된 임계값 이상일 때 상기 액추에이터의 작동을 정지시키는 역압력 대응 알고리즘이 상기 누름동작 모사 알고리즘과 연동되도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 제1압력센서와 제2압력센서는 필름(film) 형상의 필름 센서로 이루어진다.
이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 액추에이터는 모터축의 회전속도, 토크가 제어되면서 구동되는 구동모터와; 상기 구동모터의 모터축에 결합되는 구동 기어를 포함하는 구성이되, 상기 구동체는 중공형 원통체 형상으로 이루어지고, 길이방향으로 직선형 슬릿이 형성된 하우징과; 상기 구동 기어와 맞물리며 회전하게 되고, 암나사가공된 관통홀이 중앙부에 형성된 종동 기어와; 외주면이 수나사가공되어 상기 종동 기어의 관통홀을 관통하여 상기 종동 기어와 물림 결합되고, 상기 하우징의 직선형 슬릿에 이동가능하게 끼워지는 거리감지용 핀이 돌출형성된 이동 로드와; 상기 이동 로드의 선단에 결합되어 상기 유체용기 내부로 삽입되는 피스톤을 포함하여, 상기 구동모터의 구동에 의해 상기 피스톤의 길이방향 직선이동이 유도되면서 상기 거리감지용 핀에 의해 상기 피스톤의 이동상태가 표시되도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 유체용기가 수용되는 수용공간이 형성되고, 상부면이 개방된 바닥체와; 상기 바닥체와 힌지결합되어 상기 바닥체의 개방된 상부면을 개폐시키게 되고, 끼움홈이 상부 표면에 경사지게 형성되어 상기 케이싱이 경사지게 고정되는 덮개로 이루어진 지지 베이스가 더 구비될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법은 사용자에 의해 수행되는 조작버튼 누름동작으로부터 발생되는 누름 압력을 상기 제1압력센서를 통해 실시간으로 감지하여 컨트롤러로 실시간으로 입력하는 단계, 컨트롤러가 사용자의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량을 실시간으로 산출하여 산출된 유량이 주사되도록 액추에이터의 작동을 실시간 제어(real-time control)하는 단계를 거쳐 사용자의 누름동작에 의해 약물의 주사가 반자동으로 수행되도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법에서 상기 컨트롤러는 노이즈 제거 알고리즘을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력을 분석하여 사용자의 손 떨림에 의해 누름 압력 변동이나 외란에 의한 누름 압력 변동이 제거되도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법에서 상기 구동체 후단부와 접속하여 상기 구동체에 작용하는 역압력(back-pressure)을 실시간으로 감지하는 제2압력센서를 더 구비하여, 상기 컨트롤러가 상기 제1압력센서와 제2압력센서로부터 누름 압력과 역압력을 동시에 실시간으로 입력받되, 실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값 이하일 때에는 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량이 주사되도록 상기 액추에이터의 작동을 제어하고, 실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값을 초과할 때에는 상기 액추에이터의 작동을 정지시키게 된다.
본 발명의 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법에 의하면 주사기 조작에 숙련되지 못한 의료인들도 간편하고 용이하게 주사기 조작을 수행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 마취나 약물주입을 위해 치과 분야에서 사용되는 덴탈 시린지(dental syringe)에 적용되어 무통 주사가 이루어질 수 있도록 한다.

Claims (12)

  1. 유체가 수용된 유체용기가 삽입되는 개방된 단부를 갖는 케이싱과;
    상기 케이싱 내부에 설치되는 액추에이터와;
    상기 액추에이터와 접속하여 직선이동하고, 직선이동하는 선단부가 상기 유체용기 내부에 위치되어 상기 유체용기 내부의 유체가 주사되도록 하는 구동체와;
    상기 케이싱 표면에 돌출형성되는 조작버튼과;
    상기 조작버튼과 접속하여 누름 압력을 실시간으로 감지하는 제1압력센서 및;
    상기 제1압력센서로부터 누름 압력을 실시간으로 입력받고, 입력된 누름 압력에 연동되어 유체가 주사되는 유량이 실시간으로 조절되도록 상기 액추에이터의 작동을 실시간 제어(real-time control)하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동체 후단부와 접속하여 상기 구동체에 작용하는 역압력(back-pressure)을 실시간으로 감지하는 제2압력센서를 더 구비하여,
    상기 컨트롤러는 상기 제1압력센서와 제2압력센서로부터 누름 압력과 역압력을 동시에 실시간으로 입력받아 입력된 누름 압력과 역압력에 연동되어 유체가 주사되는 유량이 실시간으로 조절되도록 상기 액추에이터의 작동을 실시간 제어하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 조작버튼과 접속하고, 상기 조작버튼의 누름동작을 검출하여 온-오프 동작하는 온오프 스위치가 더 구비되어,
    상기 제1압력센서는 상기 온오프 스위치의 온(on) 동작에 따라 활성화되는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 수동 주사기의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘에 의해 제어되는 제어 드라이브를 구비하고,
    상기 제어 드라이브는 상기 제1압력센서로부터 입력되는 누름 압력의 크기와 유체가 주사되는 유량이 서로 비례하도록 상기 액추에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 컨트롤러의 제어 드라이브는 사용자의 손 떨림이나 외란이 제거되도록 하는 노이즈 제거 알고리즘에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제어 드라이브는 상기 제2압력센서로부터 입력되는 역압력의 크기가 설정된 임계값 이상일 때 상기 액추에이터의 작동을 정지시키는 역압력 대응 알고리즘이 상기 누름동작 모사 알고리즘과 연동되도록 하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1압력센서와 제2압력센서는 필름(film) 형상의 필름 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 액추에이터는 모터축의 회전속도, 토크가 제어되면서 구동되는 구동모터와; 상기 구동모터의 모터축에 결합되는 구동 기어를 포함하는 구성이되,
    상기 구동체는 중공형 원통체 형상으로 이루어지고, 길이방향으로 직선형 슬릿이 형성된 하우징과; 상기 구동 기어와 맞물리며 회전하게 되고, 암나사가공된 관통홀이 중앙부에 형성된 종동 기어와; 외주면이 수나사가공되어 상기 종동 기어의 관통홀을 관통하여 상기 종동 기어와 물림 결합되고, 상기 하우징의 직선형 슬릿에 이동가능하게 끼워지는 거리감지용 핀이 돌출형성된 이동 로드와; 상기 이동 로드의 선단에 결합되어 상기 유체용기 내부로 삽입되는 피스톤을 포함하여,
    상기 구동모터의 구동에 의해 상기 피스톤의 길이방향 직선이동이 유도되면서 상기 거리감지용 핀에 의해 상기 피스톤의 이동상태가 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 유체용기가 수용되는 수용공간이 형성되고, 상부면이 개방된 바닥체와;
    상기 바닥체와 힌지결합되어 상기 바닥체의 개방된 상부면을 개폐시키게 되고, 끼움홈이 상부 표면에 경사지게 형성되어 상기 케이싱이 경사지게 고정되는 덮개로 이루어진 지지 베이스가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
  10. 조작버튼에 의해 조작되고 컨트롤러에 의해 제어되는 액추에이터와 연결된 구동체가 유체가 수용된 유체용기 내부에서 피스톤 운동하여 유체의 주사를 유도하고, 상기 조작버튼과 접속하는 제1압력센서가 설치되는 약물 주입기를 구비하되,
    사용자에 의해 수행되는 상기 조작버튼 누름동작으로부터 발생되는 누름 압력을 상기 제1압력센서를 통해 실시간으로 감지하여 상기 컨트롤러로 실시간으로 입력하는 단계와;
    상기 컨트롤러가 사용자의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량을 실시간으로 산출하여 산출된 유량이 주사되도록 상기 액추에이터의 작동을 실시간 제어(real-time control)하는 단계를 포함하여,
    사용자의 누름동작에 의해 약물의 주사가 반자동으로 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 노이즈 제거 알고리즘을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력을 분석하여 사용자의 손 떨림에 의해 누름 압력 변동이나 외란에 의한 누름 압력 변동이 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 구동체 후단부와 접속하여 상기 구동체에 작용하는 역압력(back-pressure)을 실시간으로 감지하는 제2압력센서를 더 구비하여,
    상기 컨트롤러가 상기 제1압력센서와 제2압력센서로부터 누름 압력과 역압력을 동시에 실시간으로 입력받되,
    실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값 이하일 때에는 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량이 주사되도록 상기 액추에이터의 작동을 제어하고,
    실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값을 초과할 때에는 상기 액추에이터의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법.
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